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= C#泛型约束 =

'''泛型约束'''（Generic Constraints）是C#泛型编程中的核心机制，它允许开发者对泛型类型参数施加限制，确保类型参数满足特定条件（如继承关系、接口实现或构造函数要求）。通过约束，编译器能进行更严格的类型检查，同时提供更丰富的编译时智能提示。

== 基本概念 ==

在未使用约束的泛型中，类型参数可以是任何类型，这可能导致以下问题：
* 无法调用类型参数的特定方法或属性
* 无法保证类型参数符合业务逻辑要求

泛型约束通过<code>where</code>关键字声明，语法为：
<syntaxhighlight lang="csharp">
class ClassName<T> where T : constraint_type { ... }
</syntaxhighlight>

== 约束类型分类 ==

C#提供6种主要约束类型：

=== 1. 基类约束 ===
要求类型参数必须继承指定基类：
<syntaxhighlight lang="csharp">
class AnimalShelter<T> where T : Animal {
    public void Feed(T animal) {
        animal.Eat(); // 可以调用Animal类的方法
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 2. 接口约束 ===
要求类型参数必须实现指定接口：
<syntaxhighlight lang="csharp">
interface ILoggable {
    void Log(string message);
}

class Logger<T> where T : ILoggable {
    public void Record(T item) {
        item.Log("Action performed");
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 3. 值类型约束（struct） ===
限制类型参数必须是值类型：
<syntaxhighlight lang="csharp">
struct NumericCalculator<T> where T : struct {
    public T Add(T a, T b) {
        return (dynamic)a + (dynamic)b; // 动态类型处理
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 4. 引用类型约束（class） ===
限制类型参数必须是引用类型：
<syntaxhighlight lang="csharp">
class ReferenceContainer<T> where T : class {
    public T Item { get; set; }
}
</syntaxhighlight>

=== 5. 无参数构造函数约束（new()） ===
要求类型参数必须有公共无参构造函数：
<syntaxhighlight lang="csharp">
class Factory<T> where T : new() {
    public T CreateInstance() {
        return new T();
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 6. 组合约束 ===
可以组合多个约束条件：
<syntaxhighlight lang="csharp">
class AdvancedProcessor<T> where T : Animal, ILoggable, new() {
    public void Process() {
        T obj = new T();
        obj.Log("Created");
        obj.Eat();
    }
}
</syntaxhighlight>

== 约束优先级与规则 ==

约束声明需遵循特定顺序规则：
1. 主约束（class/struct）必须最先出现
2. 接口约束次之
3. 构造函数约束（new()）必须最后

有效示例：
<syntaxhighlight lang="csharp">
class ValidExample<T> where T : Animal, ILoggable, new() { ... }
</syntaxhighlight>

无效示例：
<syntaxhighlight lang="csharp">
// 编译错误：错误的约束顺序
class InvalidExample<T> where T : new(), Animal { ... }
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==

=== 案例1：泛型比较器 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
public class Comparer<T> where T : IComparable<T> {
    public bool IsGreater(T a, T b) {
        return a.CompareTo(b) > 0;
    }
}

// 使用示例
var intComparer = new Comparer<int>();
Console.WriteLine(intComparer.IsGreater(5, 3)); // 输出: True
</syntaxhighlight>

=== 案例2：数据访问层抽象 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
public interface IRepository<T> where T : class, IEntity {
    T GetById(int id);
    void Add(T entity);
}

public class Product : IEntity {
    public int Id { get; set; }
    // 其他属性...
}

public class ProductRepository : IRepository<Product> {
    // 实现方法...
}
</syntaxhighlight>

== 高级主题 ==

=== 协变与逆变约束 ===
C# 4.0引入的<code>in</code>和<code>out</code>修饰符：
<syntaxhighlight lang="csharp">
interface IContainer<out T> where T : Animal {
    T GetItem();
}

interface IProcessor<in T> where T : Animal {
    void Process(T item);
}
</syntaxhighlight>

=== 默认约束 ===
C# 7.3引入<code>unmanaged</code>约束：
<syntaxhighlight lang="csharp">
unsafe struct Buffer<T> where T : unmanaged {
    public byte* GetBytes(T item) {
        return (byte*)&item;
    }
}
</syntaxhighlight>

== 约束关系图 ==
<mermaid>
graph TD
    A[泛型约束] --> B[基类约束]
    A --> C[接口约束]
    A --> D[值类型约束]
    A --> E[引用类型约束]
    A --> F[构造函数约束]
    A --> G[组合约束]
    G --> H[必须遵守声明顺序]
</mermaid>

== 数学表示 ==
约束可以形式化表示为：
<math>
T \in \{ \tau \mid \tau \text{ satisfies } C_1 \land C_2 \land \dots \land C_n \}
</math>
其中<math>C_i</math>表示各个约束条件。

== 最佳实践 ==
* 优先使用最严格的必要约束
* 避免过度约束导致泛型失去灵活性
* 考虑使用基类/接口约束替代具体类型约束
* 对性能敏感场景，值类型约束可能更高效

== 常见错误 ==
1. 违反约束顺序：
<syntaxhighlight lang="csharp">
// 错误示例
class ErrorExample<T> where T : new(), IDisposable { }
</syntaxhighlight>

2. 冲突约束：
<syntaxhighlight lang="csharp">
// 错误示例：struct和class不能同时使用
class ConflictExample<T> where T : struct, class { }
</syntaxhighlight>

3. 无法满足的约束：
<syntaxhighlight lang="csharp">
// 错误示例：string是sealed类，不能作为基类约束
class UnsatifiableExample<T> where T : string { }
</syntaxhighlight>

[[Category:编程语言]]
[[Category:C Sharp]]
[[Category:C Sharp 高级类特性]]